Науковий семінар «Проблеми сучасної біохімії»
«НЕЙРОАКТИВНІ ЗАБРУДНЮВАЧІ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА: МЕМБРАНО-АСОЦІЙОВАНІ МЕХАНІЗМИ ДІЇ ТА ШЛЯХИ ПОДОЛАННЯ НЕЙРОТОКСИЧНОСТІ»
Дорогі колеги!
Маємо приємність запросити вас на чергове засідання інститутського наукового семінару «Проблеми сучасної біохімії», що відбудеться 4 серпня (вівторок) о 10:30 у Конференц‑залі Інституту. З доповіддю «Нейроактивні забруднювачі навколишнього середовища: мембрано‑асоційовані механізми дії та шляхи подолання нейротоксичності» виступить аспірант відділу нейрохімії Микола ДРЮК. Доповідь присвячена апробації результатів дисертаційної роботи на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 09 – Біологія, спеціальність 091 – Біологія.
До інформаційного листа додаються авторські тези доповіді для попереднього ознайомлення.
Запрошуємо до участі всіх співробітників Інституту та представників наукової спільноти.
Участь у семінарі можлива й у режимі онлайн за посиланням:
Посилання на відео онлайн: https://meet.google.com/zum-uuok-upo
До зустрічі на семінарі!
З повагою,
Артем Тихомиров (д-р біол. наук, в.о. заступника директора з наукової роботи)
29.07.2026
«Нейроактивні забруднювачі навколишнього середовища: мембрано-асоційовані механізми дії та шляхи подолання нейротоксичності»
Доповідач: Дрюк М. М., аспірант, провідний інженер (50%) відділу нейрохімії
E-mail:
Нейрологічні розлади є третьою за поширеністю причиною інвалідності та передчасної смерті в ЄС, і їх розповсюдження, ймовірно, буде зростати. Етіологія нейрологічних розладів досі залишається нез’ясованою, а їх стабільне зростання пов'язане, у тому числі і з забрудненням навколишнього середовища важкими металами та повітря твердими частинками. Особливу небезпеку серед важких металів становить ртуть, яка здатна порушувати функціонування центральної нервової системи, тоді як молекулярні механізми її нейротоксичної дії, особливо за умов комбінованого впливу з вуглецевими частинками диму, залишаються недостатньо вивченими. У зв’язку з цим актуальним є дослідження молекулярних механізмів дії ртуті, її взаємодії з вуглецевими частинками диму та пошук наноматеріалів, здатних ефективно зв’язувати ртуть і знижувати її нейротоксичність.
Дисертаційну роботу присвячено встановленню молекулярних механізмів гострої нейротоксичної дії Hg²⁺ у нервових терміналях головного мозку щурів та оцінці перспективності різних наноматеріалів як потенційних адсорбентів/детоксикантів цього металу в біологічних системах.
У роботі використовувались наступні методи: виділення синаптосом за методом Котмана, визначення вивільнення L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК, визначення накопичення L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК, визначення мембранного потенціалу та ацидифікації синаптичних везикул флуориметричними методами. Була оптимізована методологія синтезу препаратів суспендованих у воді вуглецевих частинок диму, а також використовували агрегометрію та статистичний аналіз даних.
Проведені дослідження дозволили встановити молекулярні механізми гострої нейротоксичної дії Hg²⁺ у нервових терміналях головного мозку щурів та оцінити перспективність різних наноматеріалів як потенційних адсорбентів цього металу в біологічних системах. Отримані результати розширюють сучасні уявлення про механізми комбінованої нейротоксичності важких металів і твердих частинок, забруднювачів повітря, а також обґрунтовують використання ізольованих нервових терміналей як високочутливої тест-системи для скринінгу біосумісності наноматеріалів та оцінки їхньої здатності до хелатування токсичних металів. У роботі визначені перспективні наноматеріали для створення безпечних ентеросорбентів і біотехнологічних засобів детоксикації ртуті, а також у формуванні експериментальної основи для оцінки ризиків комбінованого впливу екологічних забруднювачів на нервову систему.
Зокрема у дисертаційної роботі показано, що Hg2+ суттєво впливала на транспортування збуджуючого нейротрансмітера L-[14C]глутамату у нервових терміналях головного мозку щурів, зокрема знижувала початкову швидкість і акумуляцію L-[14C]глутамату, починаючи з концентрації 10 мкМ. Значне зниження накопичення L-[14C]глутамату синаптосомами призводило до ексайтотоксичного підвищення його позаклітинного рівня у присутності Hg2+, причому тонічне вивільнення L-[14C]глутамату з синаптосом за присутності інгібітора транспортера глутамату DL-трео-β-бензилоксіаспартату, і, отже, цілісність плазматичної мембрани та її проникність не змінювалась для молекул глутамату. Отже, підвищення позаклітинного рівня L-[14C]глутамату, індуковане Hg2+, було результатом Hg2+-опосередкованого послаблення функціонування транспортерів глутамату, але не наслідком Hg2+-індукованого підвищення тонічного вивільнення L-[14C]глутамату з нервових закінчень.
Вперше показано, карбонові точки, синтезовані з лимонної кислоти/сечовини є біосумісними за концентрації 1 мг/мл та здатні пом'якшували ексайтотоксичне Hg2+-індуковане підвищення позасинаптосомального рівня L-[14C]глутамату на 37%. Натомість карбонові точки, синтезовані з β-аланіну, та наноалмази не впливали на цей показник. Розроблений підхід може бути застосований для моніторингу здатності різних частинок/сполук мати ознаки хелатування Hg2+ в біологічних системах. Також, карбонові точки, синтезовані з лимонної кислоти/сечовини, можуть використовуватися як безпечний адсорбент ртуті в організмі людини.
Вперше показано, що карбонові точки, синтезовані з зерен кави, не змінюють позаклітинні рівні L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК у нервових закінченнях у концентрації 0,01 мг/мл, демонструючи біосумісність. Ці наночастинки у концентрації 0,01 мг/мл не впливали на Hg2+-опосередковане підвищення позасинптосомального рівня L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК.
Вперше показано, що нестимульоване вивільнення L-[14C]глутамату з синаптосом підвищувалося під впливом препарату твердих частинок диму, отриманого з деревини тополі. Комбінована дія твердих частинок диму та Hg2+ призводила до адитивного шкідливого «мультизабруднювального» ефекту на накопичення та нестимульоване вивільнення L-[14C]глутамату та [3H]ГАМК з нервових терміналей.
Вперше доведено, що препарат твердих частинок диму від згоряння тополі (70 мкг/мл) та Hg2+(10 мкМ) per se спричиняли деполяризацію плазматичної мембрани синаптосом. Було визначено, що за умов сумісної дії частинок диму та Hg2+ мембранний потенціал також змінювався, але ефект суміші не перевищував впливу частинок та Hg2+ поодинці. Аналогічно, за умов комбінованого застосування частинок диму та Hg2+, їх сумісна дія на закислення синаптичних везикул у нервових терміналях не відрізнялась від впливу кожного з компонентів поодинці.
Вперше показано, що мезопористі наночастинки кремнезему, функціоналізовані групами –SH та -SO3H не продемонстрували ознаки гострої нейротоксичності, тобто високу біосумісність. Наночастинки не пом'якшували гостру нейротоксичність, індуковану Hg2+, в нервових закінченнях, і тому не адсорбували цей метал в біологічній системі. Отже, наночастинки мають перспективи для використання як адсорбенти/носії інших речовин, окрім важких металів, у медицині та біотехнології.
Вперше доведено, що мезопористі кремнеземні наночастинки із закріпленими аміногрупами не впливали на позасинаптосомний рівень L-[14C]глутамату і, отже, не викликали ексайтотоксичності. У флуоресцентних дослідженнях частинки деполяризували мембрану та демонстрували слабкі антиоксидантні властивості. Наночастинки не пом’якшували ексайтотоксичні ефекти Hg2+ і не адсорбували цей метал в біологічній системі.
Запропоновано новий метод дослідження нейротоксичності та хелатуючих властивостей карбонових частинок на основі агрегометрії
Таким чином, робота представляє собою завершений цикл досліджень.
Наукове значення роботи полягає у встановленні нових закономірностей гострої нейротоксичної дії іонів ртуті (Hg²⁺) на пресинаптичні нервові закінчення головного мозку та з'ясуванні механізмів порушення глутаматергічної і ГАМК-ергічної нейропередачі. Вперше показано, що ексайтотоксичне підвищення позаклітинного рівня глутамату за дії Hg²⁺ обумовлене пригніченням функціональної активності транспортерів глутамату, а не пошкодженням плазматичної мембрани чи посиленням тонічного вивільнення нейромедіатора. Вперше проведено порівняльну оцінку біосумісності та Hg²⁺-адсорбувальних властивостей карбонових точок різного походження, наноалмазів і функціоналізованих мезопористих кремнеземних наночастинок у біологічній системі нервових терміналей. Встановлено, що лише карбонові точки, синтезовані з лимонної кислоти та сечовини, здатні послаблювати Hg²⁺-індуковану ексайтотоксичність. Також отримано нові дані щодо адитивного нейротоксичного ефекту комбінованої дії твердих частинок диму та Hg²⁺, що розширює сучасні уявлення про механізми мультизабруднювальної нейротоксичності.
Практичне значення роботи полягає у розробленні експериментального підходу з використанням ізольованих нервових терміналей головного мозку як високочутливої тест-системи для оцінки біосумісності наноматеріалів, їх нейротоксичності та здатності до адсорбції іонів важких металів у біологічних системах. Отримані результати обґрунтовують перспективність застосування карбонових точок, синтезованих з лимонної кислоти та сечовини, як безпечних наноматеріалів для створення сорбентів та детоксикаційних препаратів видалення ртуті з організму. Встановлена висока біосумісність функціоналізованих мезопористих кремнеземних наночастинок свідчить про доцільність їх подальшого використання як наноплатформ для адресної доставки біологічно активних речовин і лікарських засобів. Результати дослідження також можуть бути використані під час розроблення нових підходів до оцінки ризиків комбінованого впливу важких металів та вуглецевих частинок диму на нервову систему, а також у дослідженнях з екологічної нейротоксикології, нанобіотехнології та нейрофармакології.
Результати виконання дисертаційної роботи були опубліковані в 6 наукових роботах, з яких: 2 наукових публікацій у міжнародних наукових виданнях (Q1), 2 у вітчизняних наукових виданнях та 2 матеріали тез доповідей.